激光焊接及预热处理装置的制作方法

本实用新型涉及激光焊接的技术领域，特别是涉及一种激光焊接及预热处理装置。

背景技术：

激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。

利用激光焊接前，一般采用外加热源对焊接区域进行预热处理，以减少焊接区域与周围区域间的温度差，降低焊接过程中产生的应力，减少焊接缺陷，但采用外加热源的焊接机构结构复杂、控制难度高。

技术实现要素：

基于此，有必要针对激光焊接采用外加热源进行预热处理时，焊接机构结构复杂、控制难度高的问题提供一种激光焊接及预热处理装置。

一种激光焊接及预热处理装置，用于对工件同时进行焊接和预热处理，所述激光焊接及预热处理装置包括支撑部、入射部、分光部、聚焦部和反射部，所述支撑部用于支撑所述入射部、所述分光部、所述聚焦部和所述反射部，所述入射部用于导入激光至所述分光部上；所述分光部具有第一透射面、第二透射面和第一反射面，所述第一透射面和所述第二透射面相对设置，所述第一反射面与所述第一透射面相邻；所述第一透射面面向所述入射部，所述第二透射面面向所述聚焦部；所述反射部具有第二反射面，所述第二反射面面向所述第一反射面；

激光由所述入射部导入后，部分激光入射至所述第一反射面，经所述第一反射面反射至所述第二反射面，再由所述第二反射面反射至所述工件的待焊接部位，形成预热处理光斑；另一部分激光入射到所述第一透射面，发生透射后由所述第二透射面出射，经所述聚焦部聚焦至所述工件的焊接部位上，形成焊接光斑。

在其中一个实施例中，所述第一反射面与所述第一透射面之间的夹角为钝角。

在其中一个实施例中，所述第一反射面与所述第一透射面之间的夹角在110度到160度之间。

在其中一个实施例中，所述第一反射面与所述第二反射面平行。

在其中一个实施例中，所述分光部沿激光入射方向的截面为梯形，所述梯形的上底边位于所述第一透射面上，所述梯形的下底边位于所述第二透射面上，所述梯形的一侧边位于所述第一反射面上，所述侧边与所述上底边的夹角为钝角。

在其中一个实施例中，所述第一反射面上镀有用于提高激光的反射率的反射膜。

在其中一个实施例中，所述第一透射面接收激光的面积大于或等于所述第一反射面接收激光的面积。

在其中一个实施例中，所述支撑部包括支撑杆、连接架、第一安装架和第二安装架，所述第一安装架通过所述连接架与所述支撑杆连接；

所述分光部安装在所述第一安装架的中部，所述反射部安装在所述第一安装架上远离所述支撑杆的位置，所述聚焦部通过所述第二安装架安装在所述分光部上。

在其中一个实施例中，所述连接架能够调节在所述支撑杆上的位置，及/或所述第一安装架能够调节在所述连接架上的位置。

在其中一个实施例中，所述的激光焊接及预热处理装置还包括激光发生器，所述激光发生器上设有的激光出射部，所述激光出射部与所述入射部固定连接。

上述激光焊接及预热处理装置，在焊接过程中，激光从激光入射部导入，部分激光入射到分光部的第一反射面上，经反射后到达反射部的第二反射面，再经第二反射面反射到达工件的待焊接部位，形成预热处理光斑从而实现对待焊接部位的预热处理；另一部分激光入射到分光部的第一透射面上，发生透射后从分光部的第二透射面出射，经过聚焦部聚焦在工件的焊接部位上，形成焊接光斑实现焊接。上述激光焊接及预热处理装置采用同一热源同时实现了预热处理与焊接操作，结构简单且容易控制，能有效消除焊接产生的热应力，抑制内部裂纹的产生，减少焊接缺陷，预热处理的效率高。

附图说明

图1为一实施例中激光焊接及预热处理装置的结构示意图；

图2为图1所示的激光焊接及预热处理装置的光路示意图；

图3为图2所示的激光焊接及预热处理装置的光斑投影示意图；

图4为图2所示的激光焊接及预热处理装置的焊接光斑与预热处理光斑的分布图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参考图1与图2，一实施方式中的激光焊接及预热处理装置10，可用于对工件600同时进行焊接和预热处理。该激光焊接及预热处理装置10包括支撑部100、入射部200、分光部300、聚焦部400和反射部500。支撑部100用于支撑入射部200、分光部300、聚焦部400和反射部500。入射部200用于将外部激光导入至分光部300的表面上。分光部300具有第一透射面310、第一反射面320和第二透射面330，第一透射面310和第二透射面330相对设置，且第一反射面320与第一透射面310相邻。第一透射面310面向入射部200设置，第二透射面330面向聚焦部400设置。反射部500具有第二反射面510，第二反射面510面向第一反射面320设置。

激光由入射部200导入后，部分激光入射至第一反射面320上，经第一反射面320反射至第二反射面510，再由第二反射面510反射至工件600的待焊接部位，形成预热处理光斑；另一部分激光入射到第一透射面310，发生透射后由第二透射面330出射，经聚焦部400聚焦至工件600的焊接部位上，形成焊接光斑。

同时参见图3，图3所示为上述激光焊接及预热处理装置10在使用过程中，激光在分光部300上的投影示意图。其中，第一透射面310与第一反射面320相邻。当激光入射在分光部300上时，激光的投影位置700一部分位于第一透射面310上，另一部分位于第一反射面320上。

同时参见图4，一实施例中的激光焊接及预热处理装置10在工件600的焊缝610上形成的两处光斑，即预热处理光斑710和焊接光斑720，箭头所指方向为光斑的移动方向。预热处理光斑710所在的位置为工件600的未焊接部位，未焊接部位的预热处理需要扩展至焊缝周围的一定区域内，因此预热处理光斑710的面积大于焊接光斑720的面积，能量较焊接光斑720要分散，其作用是在焊接前对焊接区域进行预热处理，以减少焊接区域与周围区域的温度差，降低焊接过程中产生的应力，进而减少焊接缺陷。焊接光斑720所在的位置为工件600的焊接部位，该部分光斑直径较小，能量较为集中，用于对工件600进行焊接。

上述激光焊接其预热处理装置10采用同一热源同时实现了焊接过程中的预热处理与焊接操作，结构简单且容易控制，能有效消除焊接产生的热应力，抑制内部裂纹的产生，减少焊接缺陷，预热处理的效率高。

在一实施例中，入射部200可以接入外部的激光设备，在其他实施方式中，该激光焊接及预热处理装置10还可以包括激光发射器(图未示)，激光发生器内部有激光源，激光发生器上设有激光出射部，将激光出射部与入射部200固定连接后，利用该激光焊接及预热处理装置10可实现预热处理和焊接操作。

参阅图1，在一个实施例中，支撑部100可以包括支撑杆110、连接架120、第一安装架130和第二安装架140。第一安装架130通过连接架120与支撑杆110连接，分光部300安装在第一安装架130的中部，反射部500安装在第一安装架130上远离支撑杆110的位置。聚焦部400通过第二安装架140安装在分光部300上。其中，第一安装架130与连接架120的连接、连接架120与支撑杆110的连接方式，可以直接采用焊接，也可以采用螺栓结构形成可拆卸连接，还可以采用其他的连接方式。

在一个实施例中，第一透射面310接收激光的面积大于或等于第一反射面320接收激光的面积，从而可以将入射激光的主要能量分配与焊接光斑，以保证焊接的质量和效率。在一实施例中，第一安装架130能够调节在连接架120上的位置，从而调节第一安装架130上的分光部300的横向位置。进一步的，一实施例中的入射部200可以相对连接架120位置固定，调节分光部300的横向位置即可调节分光部300与入射部200的相对位置。在安装或调配激光焊接及预热处理装置10的过程中，可以调整分光部300相对于入射部200的位置，从而调节第一透射面310和第一反射面320的接收激光的面积，进而调节焊接和预热处理的能量分布。

在一实施例中，连接架120能够调节在支撑杆110上的位置，支撑杆110一般竖直放置，连接架120能够沿支撑杆110的延伸方向调节位置，从而调节连接架120的高度，进而调节分光部300、聚焦部400和反射部500相对工件的高度。在其中一个实施例中，高度的调节可以通过在支撑杆110上加工多个高度调节孔，通过螺栓结构的拆装调节第一安装架130相对于工件的焊接部位的高度，也可以直接采用可升降式的支撑杆110。

参考图1、图2，在其中一个实施例中，分光部300可以是梯形棱台，分光部300沿激光入射方向的截面为梯形，梯形的上底边位于第一透射面310上，梯形的下底边位于第二透射面330上，梯形的一侧边位于第一反射面320上，侧边与上底边的夹角为钝角。上述分光部300的结构较为简单，第一透射面310、第一反射面320、和第二透射面330可以被加工为平面，容易制造加工。进一步的，在一实施方式中，分光部300的第一透射面310与第一反射面320的夹角在110度到160度之间。然而各接收激光的表面不限于平面形式，在其他实施例中，第一透射面310、第一反射面320、和第二透射面330也可以加工成曲面，以利于入射激光的透射或反射。分光部300的结构也不限于梯形棱台的形式，只要分光部300具有第一透射面310、第一反射面320和第二透射面330，以实现将入射激光分为焊接激光和预热处理激光两部分即可。

在其中一个实施例中，第一反射面320可以是全反射面，入射到第一反射面320上的激光可以被全反射，形成预热处理光斑。在其他实施例中，第一反射面320也可以是非全反射面，激光入射到第一反射面320上时，部分激光发生透射后由第二透射面330出射，经聚焦部400聚焦至工件600的焊接部位上，形成焊接光斑。

进一步的，在第一反射面320是全反射面的实施例中，第一反射面310上可以镀有反射膜，反射膜可以为金属反射膜，例如铝反射膜、铜反射膜或者银反射膜。反射膜也可以为全电介质反射膜或者金属电介质反射膜，上述反射膜可以提高激光反射率。

再参考图1、图2，在其中一个实施例中，反射部500具有第二反射面510。第二反射面510可以加工为平面，也可以加工成曲面。第二反射面510的作用在于，将经由分光部300的第一反射面320反射的激光反射至工件的待焊接部位，形成预热处理光斑，对待焊接区域进行预热处理。当第一反射面320与第二反射面510均被加工成平面时，可以在安装反射部500时调整第一反射面320与第二反射面510平行设置。当上述两面平行设置时，可以实现激光由入射部200入射至第一反射面320后，以平行于原入射光的方向出射。在其他实施方式中，第二反射面510上也可以镀有反射膜，反射膜可以为金属反射膜，例如铝反射膜、铜反射膜或者银反射膜。反射膜也可以为全电介质反射膜或者金属电介质反射膜，上述反射膜可以提高激光反射率，从而提高激光能量的利用率。

在其中一个实施例中，激光焊接及预热处理装置10的聚焦部400可以采用常规的聚焦透镜，将由分光部300的第二透射面330出射的激光聚焦成半径小、能量集中的焊接光斑，以实现对工件的焊接。

上述激光焊接及预热处理装置10使入射激光形成两种光斑，激光的大部分能量集中在焊接光斑上。另一光斑用于对待焊接区域进行预热处理，在焊接前进行对工件待焊接区域进行预热处理，以减少焊接区域与周围区域间的温度差，降低焊接过程中产生的应力，减少焊接缺陷，保证产品的良品率。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。